INFORME GEOTÉCNICO NUEVO PUENTE

PROPUESTA CIMENTACIÓN

1. OBJETIVO

Elaboración de una propuesta de diseño geotécnico de la cimentación del puente, con las

propiedades físico-mecánicas obtenidas a partir de los ensayos de laboratorio realizados

por la firma consultora.

Es importante aclarar que este informe está hecho con la primera campaña de sondeos

realizada y de la cual se han tomado los diferentes datos de partida para la elaboración

de los cálculos para la cimentación profunda. Para estos sondeos se han realizado

ensayos SPT, los cuales han arrojado mejores resultados que los ejecutados en los

primeros sondeos, mejorando las propiedades y la resistencia a la tensión de los estratos

donde se cimentará. Por esta razón se ha dejado la cimentación con los resultados más

desfavorables, también entendiendo que los últimos sondeos fueron de campaña de

comprobación.

2. ALCANCE

El alcance de este informe que se anotan a continuación, se orienta a dar las

conclusiones y recomendaciones geotécnicas respecto a la propuesta de cimentación del

puente:

A partir de la información geotécnica determinar los parámetros necesarios para

elaborar la propuesta del diseño de la cimentación del nuevo puente y obras

complementarias.

Proponer un diseño de la cimentación del puente en los dos flancos.

Realizar un análisis de la estabilidad de taludes en los dos flancos con y sin

cargas, estática y pseudo estáticamente, y dar las recomendaciones necesarias de

obras del tipo preventivas y de control.

Dar las recomendaciones para la implementación de la cimentación propuesta,

teniendo en cuenta que la presión máxima de contacto sobre el terreno sea inferior

a la capacidad portante del suelo existente, que no se presentan grandes

asentamientos y que sea la más económica; con lo que se garantiza el

funcionamiento y la estabilidad de la estructura bajo la solicitud de las cargas de

trabajo suministradas del puente.

Recomendar procesos constructivos específicos de la obra.

3. CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR Y DE LA ESTRUCTURA

Se proyecta diseñar y construir una estructura para un puente vehicular de 71,2 metros de

luz aproximadamente, colocada sobre dos apoyos en los extremos. El ancho del tablero

sería de 14.50 metros, distribuidos en tres carriles y un andén peatonal.

Dada la altura a la cual se encuentra la estructura del puente y su cimentación con

relación al cause del río, estas no se verán afectadas por el fenómeno de socavación. Así

también lo manifiesta el estudio de socavaciones.

La estructura del puente estará conformada fundamentalmente por pilares, estribo, muros

ala, vigas longitudinales y losa de tablero de concreto reforzado.

4. TRABAJOS REALIZADOS

SONDEOS MECÁNICOS

PRIMERA CAMPAÑA

Se han perforado dos (2) sondeos mecánicos a rotación con extracción de testigo

continuo con el fin de poder realizar ensayos de penetración dinámica (S.P.T). El PR-01 y

el PR-2-2.

La profundidad de los sondeos ha sido de 20m en cada uno de ellos.

Se han efectuado un total de 18 ensayos S.P.T.

En la siguiente tabla se recogen la profundidad a la que se han realizado los ensayos, los

índices de golpeo obtenidos, y la consistencia-compactación con la que se corresponden:

SONDEO

No

ENSAYO No

PROFUNDIDAD

GOLPEO

SPT

No

SPT

COMPACIDAD

CONSISTENCIA

SD-1

SPT-1 2.00 – 2.50 1 / 2 / 3 5 Suelto

SPT-2 2.50 – 3.00 2 / 2 / 2 4 Suelto

SPT-3 3.00 – 3.50 3 / 3 / 3 6 Suelto

SPT-4 3.50 – 4.00 3 / 3 / 3 6 Suelto

SPT-5 4.00 – 4.50 3 / 3 / 3 6 Media

SPT-6 4.50 – 5.00 3 / 3 / 2 5 Media

SPT-7 5.00 – 5.50 6 / 8 / 8 16 Moderadamente

denso

SPT-8 5.50 – 6.00 8 / 8 / 8 16 Moderadamente

denso

SPT-9 6.00 – 6.50 3 / 4 / 6 10 Firme

SPT-10 6.50 – 7.00 3 / 4 / 4 8 Firme

SPT-11 7.00 – 7.50 4 / 6 / 15 21 Moderadamente

denso

SPT-12 8.00 – 8.50 10 / 10 / 7 17 Moderadamente

denso

SPT-13 9.00 – 9.50 10 / 10 / 11 21 Moderadamente

denso

SONDEO

No

ENSAYO No

PROFUNDIDAD

GOLPEO

SPT

No

SPT

COMPACIDAD

CONSISTENCIA

SD-2

SPT-1 1.00 – 1.50 8 / 9 / 10 19 Moderadamente

denso

SPT-2 2.00 – 2.50 5 / 3 / 4 7 suelto

SPT-3 3.00 – 3.50 9 / 10 / 15 25 Moderadamente

denso

SPT-4 4.00 – 4.50 9 / 12 / 15 27 Moderadamente

denso

SPT-5 6.00 – 6.50 6 / 10 / 14 24 Moderadamente

denso

SEGUNDA CAMPAÑA

Como se ha comentado anteriormente, a petición del MTOP se realizaron don sondeos

nuevos que han arrojado mejores resultados que la primera campaña. Estos sondeos se

han perforado a 8,5m de la plataforma de cimentación que está a -5m con respecto a la

cota rasante del terreno. Sondeo P-1 y sondeo P-2.

Los perfiles de perforación son los siguientes

SONDEO No

ENSAYO No PROFUNDIDAD

No SPT

COMPACIDAD CONSISTENCIA

P-1

SPT-1 1.00 7 Suelto

SPT-2 2.00 8 Suelto

SPT-3 3.00 20 Moderadamente denso

SPT-4 4.00 15 Moderadamente denso

SPT-5 5.00 55 Denso

SPT-6 6.00 27 Moderadamente denso

SPT-7 7.00 R Muy denso

SPT-8 8.00 R Muy denso

SONDEO No

ENSAYO No PROFUNDIDAD

No SPT

COMPACIDAD CONSISTENCIA

P-2

SPT-1 1.00 44 Denso

SPT-2 2.00 R Muy denso

SPT-3 3.00 R Muy denso

SPT-4 4.00 R Muy denso

SPT-5 5.00 R Muy denso

Los registros de perforación de la primera campaña han sido:

Los registros de perforación de la segunda campaña son:

Para el uso de la información geotécnica y especialmente la referente al ensayo de

penetración estándar, SPT obtenido en el campo (campaña 1), se realizan las

correcciones como por longitud de la tubería, tipo y diámetro y presión efectiva de

sobrecarga. Se ha adoptado corregir los valores den ensayo de penetración estándar

para obtener el N60, es decir al 60% de la energía aplicada por el ensayo. A

continuación se anota el procedimiento y en la tabla 5 los resultados:

N60 = N(ER/60)A, donde:

N60, Valor de penetración estándar al 60 % de la energía aplicada

N, es la penetración estándar de campo

ER, eficiencia del ensayo, valor adoptado de 0.50 y

A, Valor que depende de la longitud de la tubería

Los valores corregidos de penetración estándar adoptados para esta propuesta se

anotan en la tabla 5:

5. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN PROPUESTA

A partir del suministro de las cargas de trabajo, por parte del Ingeniero estructural, se

procede a diseñar un sistema de pilares de fundación pre-excavados en el sitio y

vaciados con concreto reforzado, que trabajarán esencialmente por la punta. El hecho

de ser pre-excavados no se generaría una fricción lateral significativa y no se tendrá

en cuenta en el diseño geotécnico.

CARGAS DE TRABAJO SUMINISTRADAS:

Viga 1: Carga muerta + carga viva= 421.6t

Viga 2: Carga muerta + carga viva= 437.7t

Peso propio de un pilar (después de iterarlo)=34.6t

CARGA TOTAL POR ESTRIBO (Incluye peso propio de 4 pilares)=997.7t.

CÁLCULO DE LOS PILARES FUNDACIÓN

La capacidad portante de un pilar de fundación en un suelo friccionante (c=0),

teniendo en cuenta la penetración estándar corregida, viene dada por la expresión:

donde:

: es la carga última

: es el esfuerzo efectivo vertical en la punta del pilar

: es el factor de capacidad de carga, obtenido a parir de y este a partir del N

corregido

En las siguientes figuras, se muestran los cálculos.

LADO DERECHO

LADO IZQUIERDO:

A petición del ministerio se han realizado los cálculos de capacidad de los pilotes con los nuevos

sondeos de comprobación.

Para estos cálculos se ha hecho también la corrección de los ensayos SPT para un 60% de la

energía N60, usando la misma formulación de cálculo para determinar los factores Nc y N60

usados en los cálculos anterior.

Así pues se tendría:

NOTA: Se toma como carga la más desfavorable, siendo esta 310,92 Tn

SONDEO

No

No SPT

(golpes/pie)

Peso

unitario

(ton/m3)

Presión

efectiva

(ton/m2)

CN N60

Longitud Tipo Diámetro

SPT-1 1,00 7 0,75 1 1 1,60 1,60 1,61 7,00

SPT-2 2,00 8 0,75 1 1 1,60 3,20 1,38 6,00

SPT-3 3,00 20 0,75 1 1 1,65 4,85 1,24 15,00

SPT-4 4,00 15 0,81 1 1 1,65 6,50 1,15 11,00

SPT-5 5,00 55 0,87 1 1 1,65 8,15 1,07 42,00

SPT-6 6,00 27 0,91 1 1 1,65 9,80 1,01 20,00

SPT-7 7,00 60 0,95 1 1 1,65 11,45 0,96 45,00

SPT-8 8,00 60 0,95 1 1 1,75 13,20 0,91 43,00

φ= ((20*N60) 0̂,5)+20

φ= ((20*43) 0̂,5)+20

φ= 49

Ql= 5.1*Ap*Nq*tgφ

Ql= 5,1*((0,75 2̂)*3,141516)*900*tg49

Ql= 9327,651866

FS=3 310,92 Tn

ENSAYO NoPROFUNDIDAD

(m)

P-1

Factores de correción

SONDEO

No

No SPT

(golpes/pie)

Peso

unitario

(ton/m3)

Presión

efectiva

(ton/m2)

CN N60

Longitud Tipo Diámetro

SPT-1 1,00 44 0,75 1 1 1,65 1,65 1,60 44,00

SPT-2 2,00 60 0,75 1 1 1,65 3,30 1,37 51,00

SPT-3 3,00 60 0,75 1 1 1,65 4,95 1,24 46,00

SPT-4 4,00 60 0,81 1 1 1,65 6,60 1,14 46,00

SPT-5 5,00 60 0,87 1 1 1,75 8,35 1,06 46,00

φ= ((20*N60) 0̂,5)+20

φ= ((20*43) 0̂,5)+20

φ= 50

Ql= 5.1*Ap*Nq*tgφ

Ql= 5,1*((0,75 2̂)*3,141516)*900*tg49

Ql= 9652,091931

FS=3 321,74 Tn

ENSAYO NoPROFUNDIDAD

(m)

Factores de correción

P-1

DISTRIBUCIÓN DE LOS PILARES

De común acuerdo con el Ingeniero de estructuras, la distribución de los pilares en

corte y en planta, será tal como se indica en la siguiente figura, que se muestra en

seguida:

PROPUESTA INICIAL PLANTA ESTRIBOS

6. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE LOS PILARES DE FUNDACIÓN

EQUIPO DE PERFORACIÓN. Mediante el uso de equipo de perforación que tenga la

capacidad suficiente para la obra, como la selección apropiada de la herramienta de

ataque. Una buena construcción de pilares implica excavar el hueco en el menor

tiempo posible y colocar enseguida el concreto. La demora en este proceso puede

causar relajamiento de esfuerzos en el sitio, lo que permitiría cierto desplazamiento

del suelo hacia el pozo, con la consiguiente disminución de la resistencia al corte y

mal comportamiento posterior del pilar.

CAJONES INDIOS EN CONCRETO

Los cajones indios en concreto serán de sección circular con un diámetros de 1.50m

que se hincan en el terreno por su propio peso a medida que se excava en su interior,

mientras se van superponiendo, proceso que continúa hasta alcanzar una profundidad

de la cimentación requerida.

Procedimiento de construcción:

1. Localización de los pilares de acuerdo a las coordenadas suministradas en el

plano o con la ayuda de un GPS.

2. Excavar el hueco a mano e ir colocando los anillos uno tras otro hasta la

profundidad requerida.

3. Realizar pruebas complementarias de penetración estándar, para verificar la

calidad del estrato resistente y esté acorde con el diseño geotécnico.

4. Vaciado del concreto. Este debe ser continuo para evitar la formación de juntas

frías.

5. Se recomienda calcular el volumen teórico de concreto necesario para llenar el

agujero para la pila y compararlo con el volumen real colocado. Esto con el fin

de controlar la presencia de cárcavas.

6. Continuar con la construcción de la viga cabezal.

PILARES DE CIMENTACIÓN PRE-EXCAVADOS REVESTIDOS CON ANILLOS DE

CONCRETO

Los pilares de concreto pre-excavados serán de sección circular con un diámetros de

1.50m, para ambos flancos o estribos del puente que se construirán manualmente

excavando metro a metro y entibando mediante el uso de una formaleta cónica de

madera o metal hasta alcanzar la profundidad de excavación. El procedimiento de

constructivo, una vez se localicen los pilares de acuerdo a sus coordenadas con

ayuda de GPS, será como se indica en los esquemas siguientes (figura 10):

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CIMENTACIÓN.

Según las características del puente vehicular de 71.2 metros de luz con un ancho de

tablero de 14.50 m distribuidos en tres carriles y un andén, y las propiedades físico-

mecánicas del suelo que va a soportar las cargas, se recomienda fundar la

superestructura del puente sobre un sistema de pilares anclados, circulares, pre-

excavados y en concreto reforzado que servirán de apoyo al puente y colocados

sobre los flancos al lado y lado de las coronas de los taludes del río.

Características de los pilares:

Lado Derecho

Diámetro: 1.50 m

Profundidad: 8.50 m

Material: concreto reforzado

Ubicación y distribución: Ver lámina 2, 4 y 5 de los planos.

Lado Izquierdo

Diámetro: 1.50 m

Profundidad: 6.50 m

Material: concreto reforzado

Ubicación y distribución: Ver lámina 2, 4 y 5 de los planos

Los pilares deben ir empotrados en la viga cabezal.

MÉTODO CONSTRUCTIVO DE LOS PILARES.

Este será seleccionado por el contratista de los propuestos en este informe acorde

con la interventoría. Ver el apartado 6. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE

LOS PILARES DE FUNDACIÓN. De todas maneras será aquel que garantice

verticalidad en la excavación, una continuidad en el concreto y no se presenten

hormigoneras al momento de fundir. Un aspecto de gran relevancia se refiere a la

estabilidad que pueden presentar las paredes de la perforación durante su ejecución,

debiendo decidir por ello si deben o no ser protegidas para evitar derrumbes o

cerramiento.

Por otro lado no se ha detectado cota de nivel freático, con lo cual facilitará la

construcción de las excavaciones de los pilares.

Conviene que el método de los pilares pre-excavados metro a metro ya que estos

alteran muy poco las propiedades de los suelos del sector y además se puede abrir

varios frentes, esto último permite avanzar y ser comparables con una máquina

perforadora.

OBRAS PREVENTIAS COMPLEMENTARIAS

OBRAS DE DRENAJE:

Dado que una de las principales causas de inestabilidad en un talud que se va a

intervenir, es el agua meteórica producto del invierno en la región y el mal manejo de

las mismas; con el fin de evitar que estas aguas entren al cuerpo del talud y generen

inestabilidad, se recomienda realizar la construcción de diferentes obras de drenajes

tipo cunetas de coronación u obras de captación como las que se ya contemplan en el

proyecto en la parte de hidrología e hidráulica.

Si al realizar la excavación para la cimentación del sistema de pilares, se presenta

una estratigrafía diferente a la anotada en el estudio geotécnico suministrado por el

consultor, se debe informar inmediatamente al ingeniero de suelos para hacer las

pruebas complementarias y hacer ajustes en los parámetros de diseño

recomendados, si a eso diere lugar y que eventualmente pueden conducir a un

chequeo del tipo de cimentación diseñado.

De todas maneras, una vez se tenga la profundidad de las excavaciones de los

pilares, se deben realizar pruebas de verificación de las propiedades físico-mecánicas

del estrato de fundación de cada uno de los pilares.